CN102539851A - 高频探测结构 - Google Patents

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Abstract

本发明提供用于晶圆级测试的探针卡。探针卡包括其中置入了电源线、接地线、和信号线的空间转换器，其中所述空间转换器包括各种导线，该导线具有在第一表面上的第一间距和在第二表面上的第二间距，第二间距基本上小于第一间距；接近所述空间转换器的所述第一表面而配置的印刷电路板；和设置在所述空间转换器的所述第一表面上的电源层，该电源层被图案化，使所述空间转换器的所述电源线和所述接地线与所述印刷电路板连接。

Description

高频探测结构
交叉参考
本发明是关于以下共同转让的美国专利申请，其全部内容结合于此作为参考：发明人Yung-Hsin Kuo和Wensen Hung于2010年12月30日提交的名称为“PROBE CARD WIRING STRUCTURE”的美国专利申请第12/982,541(代理人卷号TSMC2010-0925/24061.1673)。
技术领域
本发明涉及一种高频探测结构，更具体的，本发明涉及一种用于晶圆级测试的探针卡。
背景技术
半导体制造业在后端处理中实施晶圆探针测试以在晶圆切割之前使晶圆上的集成电路(IC)管芯合格和分类。在晶圆探针测试中，使用探针卡，并且将探针卡配置成连接测试仪和所要测试的晶圆。探针卡包括探头和将探头与印刷电路板(PCB)电连接的衬底。在高频和电源完整性探针测试中，衬底会引起地弹反射问题和降低探针卡的整个电性能。因此，需要探针卡结构及其制造方法以解决以上问题。
发明内容
针对现有技术的问题，本发明提供了一种用于晶圆级测试的探针卡，包括：空间转换器，所述空间转换器中置入电源线，接地线，和信号线，其中所述间隔变压器包括多条导线，所述导线具有在第一表面上的第一间距和在第二表面上的第二间距，所述第二间距基本上小于所述第一间距；印刷电路板，将所述印刷电路板接近所述空间转换器的所述第一表面配置；以及电源层，所述电源层设置在所述空间转换器的所述第一表面上，并且将所述电源层图案化，使所述空间转换器的所述电源线和所述接地线与所述印刷电路板连接。
根据本发明所述的探针卡，其中所述电源层包括铜箔。
根据本发明所述的探针卡，还包括被配置成使所述空间转换器的所述信号线与所述印刷电路板连接的焊球。
根据本发明所述的探针卡，还包括设置在所述印刷电路板上的额外的电源层，将所述额外的电源层图案化，使所述额外的电源层与所述空间转换器的所述电源线和所述接地线连接。
根据本发明所述的探针卡，还包括形成在所述空间转换器上并且与所述空间转换器的所述电源线和所述接地线连接的高频匹配电路。
根据本发明所述的探针卡，还包括设置在所述空间转换器和所述印刷电路板之间的中介层，所述中介层用于将所述空间转换器的所述电源线和所述接地线与所述印刷电路板连接。
根据本发明所述的探针卡，还包括柔性薄膜电路，所述柔性薄膜电路具有：设置在所述印刷电路板和所述中介层之间的第一端；和设置在所述空间转换器和所述中介层之间的第二端。
根据本发明所述的探针卡，还包括柔性薄膜电路，所述柔性薄膜电路具有：设置在所述空间转换器和所述中介层之间的第一端；和设置在所述印刷电路板的顶表面上的第二端。
根据本发明所述的探针卡，其中所述印刷电路板包括所述柔性薄膜电路穿过的通孔。
根据本发明所述的探针卡，还包括多个针，为了并行地进行多个器件测试，将所述多个针配置成与半导体晶圆的多个管芯的接合焊盘对齐。
根据本发明所述的一种用于晶圆级测试的探针卡，包括：空间转换器，所述空间转换器中置入了电源线，接地线，和信号线，其中所述间隔变压器包括具有第一间距的第一表面和具有第二间距的第二表面，所述第二间距基本上小于所述第一间距；印刷电路板，所述印刷电路板配置为接近所述空间转换器的所述第一表面；以及第一电源层，所述第一电源层设置在所述空间转换器的所述第一表面上，并且图案化所述第一电源层，使所述电源线和所述接地线与所述印刷电路板连接；以及第二电源层，所述第二电源层设置在所述印刷电路板的表面上并且被图案化，使所述空间转换器的所述电源线和所述接地线与所述印刷电路板连接，其中所述第二电源层与所述第一电源层接合。
根据本发明所述的探针卡，还包括焊球，所述焊球配置成将所述空间转换器的所述信号线与所述印刷电路板连接。
根据本发明所述的探针卡，还包括设置在所述空间转换器和所述印刷电路板之间的中介层，所述中介层用于使所述空间转换器的所述电源线和接地线与所述印刷电路板连接。
根据本发明所述的探针卡，还包括柔性薄膜电路，所述柔性薄膜电路具有：设置在所述印刷电路板和所述中介层之间的第一端；和设置在所述空间转换器和所述中介层之间的第二端。
根据本发明所述的一种晶圆测试系统，包括：被设计用于测试晶圆的探针卡，所述探针卡包括：其内置入了电源线、接地线、和信号线的空间转换器，其中所述空间转换器包括多条导线，所述导线具有在第一表面上的第一间距和在第二表面上的第二间距，所述第二间距基本上小于所述第一间距，配置在接近所述空间转换器的所述第一表面的印刷电路板；和设置在所述空间转换器的所述第一表面上的第一电源层，所述第一电源层被图案化，使所述电源线和所述接地线与所述印刷电路板连接；晶圆检测器，所述晶圆检测器设计成在晶圆测试过程中固定待测试的晶圆和控制所述探针卡；和通过连接电缆与所述探针卡连接的测试仪。
根据本发明所述的晶圆测试系统，其中所述探针卡还包括形成在所述印刷电路板上并且与所述第一电源层连接的第二电源层。
根据本发明所述的晶圆测试系统，其中所述探针卡还包括形成在所述空间转换器上并且与所述空间转换器的所述电源线和所述接地线连接的高频匹配电路。
根据本发明所述的晶圆测试系统，其中所述探针卡还包括设置在所述空间转换器和所述印刷电路板之间的中介层，所述中介层用于将所述空间转换器的所述电源线和所述接地线与所述印刷电路板连接。
根据本发明所述的晶圆测试系统，其中所述探针卡还包括柔性薄膜电路，所述柔性薄膜电路具有：设置在所述印刷电路板和所述中介层之间的第一端；和设置在所述空间转换器和所述中介层之间的第二端。
根据本发明所述的晶圆测试系统，其中所述探针卡还包括柔性薄膜电路，所述柔性薄膜电路具有：设置在所述空间转换器和所述中介层之间的第一端；和设置在所述印刷电路板顶面上的第二端。
附图说明
当结合附图进行阅读时，根据下面详细的描述可以更好地理解本发明。应该强调的是，根据工业中的标准实践，各种部件没有被按比例绘制并且仅仅用于说明的目的。实际上，为了清楚的讨论，各种部件的尺寸可以被任意增加或减少。
图1是根据本发明的各个方面构造的晶圆级测试系统的一个实施例的示意性视图。
图2是将要被图1的晶圆级测试系统测试的半导体晶圆的顶视图。
图3-图6和图9-图11是示出根据本发明的各个实施例构造的，并入到图1的晶圆级测试系统中的探针卡的示意性视图。
图7和图8示出根据各个实施例构造的，并入到图6的探针卡中的中介层的示意性视图。
图12和图15示出根据其他实施例构造的，并入到图6的探针卡中的中介层的示意性视图。
图13示出并入到图12或图15的中介层中的弹簧连接器的3维透视图。
图14示出并入到图12或图15的中介层中的图13的弹簧连接器的顶视图。
具体实施方式
据了解为了实施本公开的不同部件，以下描述提供了许多不同的实施例。以下描述元件和布置的特定实例以简化本公开。当然这些仅仅是实例并不打算限定。另外，本公开可能在各个实施例中重复参考数字和/或字母。这种重复只是为了简明的目的且其本身并不指定各个实施例和/或所讨论的结构之间的关系。而且，本公开中第一部件形成在第二部件上方包括其中第一部件和第二部件以直接接触形成的实施例，并且也可包括其中额外的部件可能形成在第一部件和第二部件之间的实施例，使得第一部件和第二部件可能不直接接触。
图1是根据本发明的各个方面构造的晶圆级测试系统(或晶圆测试系统)100的一个实施例的示意性视图。将晶圆级测试系统100设计成在各个阶段测试半导体晶圆102以用于不同的目的，包括验收测试、表征测试、老化/应力测试、或生产测试。进一步在图2的顶视图中示出示意性半导体晶圆102。半导体晶圆102包括衬底104，如硅衬底。可选地，衬底104可以包括其他元素半导体，如锗。衬底104也可以包括化合物半导体，如硅锗，碳化硅，砷化镓，砷化铟，氮化镓，和磷化铟。衬底104可以包括合金半导体，如硅锗碳化物，砷磷化镓，和磷化铟镓。衬底104可以包括外延层。例如，衬底可以具有覆盖块状半导体的外延层。另外，衬底104可以包括绝缘体上半导体(SOI)结构。例如，衬底可以包括通过方法如注氧隔离(SIMOX)形成的埋氧(BOX)层。
衬底104可以包括通过方法如离子注入和/或扩散实施的各种p-型掺杂区域和/或n-型掺杂区域。衬底104中的这些掺杂区域可以提供各种功能器件或部件，例如金属氧化物半导体(MOS)晶体管，图像传感器，和其组合。衬底104可以包括为了隔离形成在衬底104上的各种器件而设置的横向隔离部件。例如，衬底104包括浅沟槽隔离(STI)，形成浅沟槽隔离(STI)的方法包括光刻图案化法，蚀刻法，和介电材料沉积法。衬底104还可以至少部分地包括组合在一起的多个图案化的介电层和图案化的导电层以形成为了连接各个p-型和n-型掺杂区域和其他功能部件而配置的互连。例如，衬底104可以包括一部分多层互连(MLI)结构和设置在MLI结构中的层间介质(ILD)。
半导体晶圆102包括多个通过切割道128分离的管芯111-126。管芯111-126的每一个都包括具有各种电子部件的集成电路(IC)，配置和连接各种电子部件以形成功能电路或电子器件。在各个实施例中，集成电路包括场效应晶体管(FET)，发光二极管(LED)，图像传感器，或存储器器件。在一个实施例中，形成在晶圆102的管芯中的集成电路包括数据数率是1千兆/秒或更高的高频器件，例如蓝牙器件(约2.4千兆/秒)或3G通信器件(约2.4千兆/秒到约6千兆/秒)。管芯111-126的每一个也包括多个可以与探针卡建立电连接的接合焊盘(未示出)。通过测试管芯111-126收集各种电参数。
如上所述，管芯111-126在晶圆102上通过多个切割道(或切割线)128分离。切割道128是将在后续工艺中被锯开的晶圆102的区域，从而使得管芯111-126可以作为IC管芯分离和封装。在一个实例中，在切割道128中实施多个测试键。每个测试键包括多个可以与探针卡建立电连接的测试焊盘。
再参考图1，晶圆测试系统100包括被设计成固定晶圆102和操控探针卡132的晶圆检测器130，使得探针卡132为了测试可以访问晶圆102并且接触晶圆102的每个管芯。在另一个实施例中，公开的晶圆测试系统100可以平行地测试多个管芯，如一组多个管芯。更具体地说，根据各个实施例，晶圆测试系统100平行地测试一组2，4，8，或16个管芯。
晶圆测试系统100包括位于晶圆102上的探针卡132，探针卡132设置成通过多个与探针卡132一体的针134接触晶圆102。多个针134电接触晶圆102的一个管芯的接合焊盘以提供测试信号和收集测试结果。探针卡132提供接口以通过连接电缆138连接晶圆102和测试模块(或测试仪)。
测试仪136包括电测试电路以提供测试信号和收集来自晶圆102的测试结果。测试仪136还包括以计算机为基础的控制系统以控制测试程序；协调晶圆检测器130，探针卡132，和电测试电路之间的测试事件；以及进一步分析测试结果以评价晶圆102。
晶圆测试系统100还可以包括测试头(未示出)以固定探针卡132和实现晶圆检测器130对探针卡132的步进控制。晶圆测试系统100还可以包括配置在测试头和探针卡132之间的探针接口板或PIB(未示出)。PIB可以提供测试仪136和探针卡132之间的电连接。测试头，PIB，和探针卡132在测试过程中组装在一起。晶圆测试系统100可以额外地包括其他部件，例如弹簧接触组件以实现或增强晶圆测试系统100。
参考图3，进一步描述了探针卡132。探针卡132包括空间转换器140，空间转换器140具有由多层有机(MLO)材料或多层陶瓷(MLC)材料组成的结构和材料。在一个实施例中，MLO材料包括双马来酰亚胺三嗪(BT)或玻璃纤维增强环氧树脂层压板。空间转换器140包括用于电源和信号互连的各种导线，各种导线形成在MLO或MLC结构中。导线包括设置在空间转换器140的底部中并且与多个针134连接的第一部分142。用多个针134以较小的间距布置和配置导线142的第一部分从而使其与晶圆102的接合焊盘对齐。在一个实施例中，导线142的第一部分的间距的范围在约30微米和约300微米之间。导线也包括设置在空间转换器140的顶部的第二部分144。导线144的第二部分与导线142的第一部分连接，而且以大于导线142的第一部分的间距配置导线144的第二部分。在一个实施例中，导线144的第二部分的间距是约1mm或1mm以上。
空间转换器140提供使布线空间从较小间距转换成较大间距的接口，使得小间距针和接合焊盘为了测试偶合连接可以与大间距触点连接(因此，将部件140称为空间转换器)。
空间转换器140还包括一个或多个置入MLO或MLC结构中的导电板146。置入的板146是具有大面积的二维结构。置入的板146被并入在导线中。在一个实施例中，置入的板具有多个层(图3中未示出)。为了提高电源偶合连接完整性和降低偶合连接电阻，空间转换器140也包括形成在空间转换器140的顶表面上的导电板148。导电板148与电源线和接地线连接。导电板148由金属形成，如铜箔，并且将导电板148图案化使其与电源线和接地线合适地连接。
探针卡132包括邻近空间转换器140配置并且与空间转换器140的电源线、接地线和信号线连接的印刷电路板(PCB)150。PCB150包括各种导线以提供电互连。用环氧树脂材料层压PCB150，其中导线形成在其中。导线包括设置在PCB150的底部的第一部分152。布置导线152的第一部分，使其与空间转换器140的导线144的第二部分对齐以及连接。导线也包括设置在PCB150的顶部中并且与连接电缆138的各种电线连接的第二部分154。
PCB150还包括一个或多个置入的导电板156。置入的板156具有大面积的二维结构。将置入的板154并入到导线中以提高电源和接地线的偶合连接完整性。在一个实施例中，置入的板具有多个层(未示出)。
为了进一步改进电源偶合连接完整性和降低偶合连接电阻，PCB150可以额外地包括形成在PCB150的顶表面上并且与电源和接地线连接的导电板158。导电板158由金属形成，如铜箔，并且将导电板158图案化使其与电源和接地线合适地连接。在一个实施例中，为了合适的偶合连接，使导电板158与导电板148类似地图案化。在一个实例中，图案化导电板158，使得导电板158在几何和位置上与导电板148匹配，从而实现有效的偶合连接。导电板148和158统称为电源层。在一个实施例中电源层包括铜箔。在一个实例中，铜箔的厚度在约0.5oz/ft2和约1oz/ft2之间的范围内，其中1oz/ft2对应于约34.1微米的物理厚度。
在一个实施例中，信号线在PCB150和空间转换器140之间通过点对点触点(例如焊球)连接。在一个实例中，每个焊球具有约500微米或500微米以下的接触面积。导电板148的接触面积大幅地大于焊球的接触面积。
通过在空间转换器140和PCB150之间实施导电板148(或额外地带有导电板158)，电源和接地线在PCB150和空间转换器140之间通过大面积的导电板148而不是点对点偶合连接(例如，通过焊球)进行连接，这样做提高了电源和接地偶合连接效率并且降低了偶合连接电阻。因此，可以通过晶圆测试系统100恰当地测试高频器件。随着偶合连接电阻的大幅降低，减少或消除了与地弹反射问题相关联的测试下降(偏差)和失真现象。根据各个实施例进一步详细地描述探针卡以及PCB150和空间转换器140之间的相应偶合连接。
图4是根据一个实施例中本发明的各个方面构造的探针卡160的示意性视图。探针卡160类似于图3的探针卡132。具体地说，探针卡160包括形成在空间转换器140上的导电板148和形成在PCB150上的导电板158，为了偶合连接效率和降低的电阻，将导电板148和导电板158设置在相应的表面上并且使其配置成连接空间转换器140和PCB150之间的电源和接地线。接地线可以包括接地线和接地返回线。
信号线通过与PCB150和空间转换器140上的信号线对齐的点对点触点(例如焊球162)连接。电源和接地线直接通过利用合适的接合技术(例如热接合)的导电板148和158的接合连接，或间接地通过导电板148和158之间形成的焊球连接。
图5是根据另一个实施例中本发明的各个方面构造的探针卡170的示意性视图。探针卡170与图4的探针卡160类似。具体地说，探针卡170包括形成在空间转换器140上的导电板148和形成在PCB150上的导电板158，为了偶合连接效率和降低的电阻，将导电板148和导电板158设置在相应的表面上并且使其配置成连接空间转换器140和PCB150之间的电源和接地线。接地线可以包括接地和接地返回线。
信号线通过与PCB150和空间转换器140上的信号线对齐的点对点触点(例如焊球162)连接。电源和接地线直接地通过利用合适的接合技术(例如热接合)的导电板148和158的接合连接，或间接地通过导电板148和158之间形成的焊球连接。
探针卡170还包括形成在空间转换器140的底表面上并且与空间转换器140的电源线，接地线，和信号线连接的高频或射频(RF)匹配电路172。设计RF匹配电路172以调谐阻抗和/或降低对测试信号的RF干扰。在一个实施例中，高频匹配电路包括通过具有特性阻抗的一个或多个传输线连接电源和负载的阻抗匹配电路。阻抗匹配电路可以包括一个或多个电感器，电容器，或电阻器，阻抗匹配电路被配置成将负载的阻抗转换成从电源看去的所需阻抗。在另一个实施例中，高频匹配电路也包括其他可操作的以在UHF或SHF频率范围中发挥作用的高频处理电路。例如，高频电路可以包括用于提供高频信号的振荡器，用于发送高频信号的射频(RF)信号开关，用于衰减高频信号的RF衰减器，用于放大高频信号的RF放大器，用于混合多个信号以产生具有新频率的信号的混频器，以及用于过滤掉在不需要的频率范围内的信号的滤波器。
图6是根据另一个实施例中本发明的各个方面构造的探针卡180的示意性视图。探针卡180与图4的探针卡160类似。具体地说，探针卡180包括形成在空间转换器140上的导电板148和形成在PCB150上的导电板158，将导电板148和导电板158设置在相应的表面上并且使其彼此对齐。
探针卡180还包括配置在空间转换器140和PCB150之间的中介层。为了偶合连接效率和降低的电阻，将中介层182设计成提供用于偶合连接空间转换器140和PCB150的接口。参考根据一个实施例的示意性视图7，进一步详细地描述中介层182。中介层182包括被设计用于固定中介层182的框架184。在一个实施例中，框架184由聚合物材料(例如，工程塑料)制成。中介层182包括多个设置在硅橡胶188或其他合适的材料中的导电部件186。导电部件186包括导电材料，例如置入在硅橡胶中的导电粒子/电源。为了合适的接合效果，导电部件186可以还包括形成在导电部件186上的电极凸块186a。配置导电部件186，使其与PCB150和空间转换器140的电源线，接地线和信号线对齐。中介层182与导电板148和导电板158结合以提供连接PCB150和空间转换器140的接口，从而降低了电阻和提高了测试完整性。
可选地，如根据另一个实施例的各个方面的示意性视图图8所示，将中介层182设计成包括具有大接触面积的导电板189，从而与空间转换器的导电板148和PCB150的导电板158连接。导电板189的组成和形成类似于导电部件186。例如，导电部件186包括置入在硅橡胶188中的导电粒子/电源。为了接合效果，导电板189可以还包括形成在导电板189的表面上的电极凸块189a。然而，当从中介层182的垂直方向看去时，导电板189被设计成具有大接触面积。导电板189的大接触面积比导电部件186的相应接触面积大得多。例如，导电板189的大接触面积是导电部件186的接触面积的4倍多。另外，当接合在一起时，将导电板189配置成与导电板148和158对齐。例如，当从中介层182的垂直方向看去时，导电板189的大接触面积在导电板148和158的接触面积内。由于导电板189具有大面积，因此提高了接合效率和降低了接触电阻。
图9是根据另一个实施例中的本发明的各个方面构造的探针卡190的示意性视图。探针卡190与图6的探针卡180类似。具体地说，探针卡190包括形成在空间转换器140上的导电板148和形成在PCB150上的导电板158，将导电板148和导电板158设置在相应的表面上并且使其彼此对齐。探针卡190也包括配置在空间转换器140和PCB150之间的中介层182，为了接合效率和降低的电阻，将中介层182设计成提供用于接合空间转换器140和PCB150的接口。
探针卡190还包括与中介层182结合在一起并且被配置成连接PCB150和空间转换器140的一个或多个柔性薄膜电路(或柔性印刷电路)192。柔性薄膜电路192包括聚合物材料，例如聚酰亚胺和/或聚酯。柔性薄膜电路192可以包括其中置入了导线的层压结构。由于材料特征和结构设计，柔性薄膜电路192是机械上灵活的并且可以弯曲以适合特殊的空间和几何要求。在本发明中，如图9所示，将柔性薄膜电路192配置在中介层182的两边，每一边都以某种方式弯曲，使得一端插入在中介层182和PCB150之间，而另一边插入在中介层182和空间转换器140之间。因此，通过利用导电板148/158，中介层182，和柔性薄膜电路192使电源和接地线在空间转换器140和PCB150之间以降低的偶合连接电阻有效地连接。柔性薄膜电路192实现了提供稳定的电源信号传输和低电源阻抗水平的电源和接地平面结构设计。
图10是根据另一个实施例中的本发明的各个方面构造的探针卡194的示意性视图。探针卡194类似于图9的探针卡190。具体地说，探针卡190包括形成在空间转换器140上的导电板148。将中介层182设置在空间转换器140和PCB150之间。然而，如图8所示，探针卡194不包括形成在PCB150上的导电板158。取而代之的是，探针卡194包括一个或多个形成在PCB150上的通孔(或开口)。将孔196设计成具有合适的位置和几何形状，使得柔性薄膜电路192可以穿过PCB150并且与PCB150的顶表面建立合适的接触。更具体地说，每个柔性薄膜电路192都具有与PCB150的顶表面接合的第一端和插入在中介层182和空间转换器140之间的第二端。通过使用柔性薄膜电路192，导电板148，和中介层182，电源和接地线在空间转换器140和PCB150之间有效地连接。
图11是根据另一个实施例的本发明的各个方面构造的探针卡200的示意性视图。探针卡200类似于图3-图6和图9-图10中示出的探针卡之一。具体地说，探针卡200包括形成在空间转换器140上的导电板148。探针卡200还可以包括如图3所示形成在印刷电路板150上的导电板158。探针卡200还可以包括如图4所示的被配置成接合PCB150和空间转换器140的信号线的焊球162。探针卡200可以还包括如图5所示的形成在空间转换器140上并且与空间转换器140的电源和接地线(或额外的信号线)连接的高频匹配电路172。探针卡200还可以包括如图6所示的设置在PCB150和空间转换器140之间的中介层182以提供有效的偶合连接。探针200还可以包括如图9所示的被部分包含在PCB150和中介层182之间的，并且被部分包含在中介层182和空间转换器140之间的柔性薄膜电路192。探针卡200可以可选地包括如图10所示的部分地插入在空间转换器140和中介层182之间的，以及部分形成在PCB150的顶表面上的柔性薄膜电路192。
在所述的实施例中，探针卡200还包括与空间转换器140和PCB150整合在一起的针模块202。针模块202包括多个被配置成阵列并且与所要测试的晶圆中的接合焊盘对齐的针204。针204通过介质206固定，如Mylar定位器。在一个实例中，针204与一个晶圆中的接合焊盘对齐。探针卡200可以平行测试多个管芯。在本实施例中，针204与多个管芯的接合焊盘对齐，如2，4，8，或16个管芯。
探针卡200还可以包括一个或多个导向板(定位板，未示出)，例如分别配置在空间转换器140之上和之下的顶导向板和底导向板。探针卡200可以额外地包括设置在针模块202和底导向板之间的用于固定和空间控制的一个或多个间隔(未示出)。
图12示出根据另一个实施例构造的中介层210的示意性视图。中介层210可以可选地用于探针卡中以代替图7的中介层182。例如，可以将中介层210结合在图6的探针卡180中，图9的探针卡190中，图10的探针卡194中。中介层210包括与多个弹簧连接器214整合在一起的载体212。载体212包括以合适的几何形状和尺寸设计的塑料材料或其他柔性材料以匹配在空间转换器140和PCB150之间。
设计弹簧连接器214，使其分别与空间转换器140和PCB150的信号和电源/接地线对齐。具体地说，如图13中所示，每个弹簧连接器214都包括置入在绝缘柱218中的金属(或金属合金)弹簧216。为了合适的载荷力以及与相应的信号线和电源/接地线的合适接触，金属弹簧216提供电连接和具有理想的弹性的机械强度，尤其是当空间转换器140和PCB150具有非平坦表面时。
特别地，可以通过线圈数，金属材料，弹簧直径和弹簧长度设计金属弹簧216以调整电阻和机械特性。在一个实施例中，金属弹簧216可以包括具有带铜镀层以及镍/金涂层的铜不锈钢弹簧芯的结构。绝缘柱218包括弹性材料，例如橡胶、聚合物或Teflon。如顶视图图14所示，金属弹簧216置入在绝缘柱218中。在一个实施例中，如图14所示，绝缘柱218是具有外表面218a和内表面218b的空心柱。具有弹簧连接器214的中介层210的各个实施例具有不同的优点。例如，当弹簧连接器失灵时，可以只单独更换该弹簧连接器，而不是更换整个中介层。
可选地，为了增加接触面积和降低接触电阻，将中介层210设计成包括多个弹簧连接器，这些弹簧连接器被配置成与空间转换器140和PCB150的电源/接地线连接。如图15所示，弹簧连接器214包括被配置成阵列并且位于的第一区域220中的第一子集，第一区域220与空间转换器140和PCB150的电源线对齐。类似地，弹簧连接器214包括被配置成另一个阵列并且位于第二区域222中的第二阵列，第二区域222与空间转换器140和PCB150的接地线对齐。在另一个实例中，将电源/接地区域220和222中的弹簧连接器214设计成具有大的截面面积以增加接触面积和降低接触电阻。
因此，本发明提供了用于晶圆级测试的探针卡。探针卡包括空间转换器，其中空间转换器中置入了电源线、接地线和信号线，这里的空间转换器包括各种导线，这些导线在第一表面上具有第一间距而且在第二表面上具有第二间距，第二间距基本上小于第一间距；接近空间转换器的第一表面配置的印刷电路板；和设置在空间转换器的第一表面上的电源层，该电源层被图案化，使电源线和接地线与印刷电路板连接。
在一个实施例中，电源层包括铜箔。在另一个实施例中，探针卡还包括被配置成使电源线与印刷电路板连接的焊球。在又一个实施例中，探针卡还包括设置在印刷电路板上的额外的电源层，将该电源层图案化以与空间转换器的电源线和接地线连接。探针卡可以额外地包括形成在空间转换器上并且与空间转换器的电源线和接地线连接的高频匹配电路。在又一个实施例中，探针卡包括设置在空间转换器和印刷电路板之间的中介层，该中介层使空间转换器的电源线和接地线与印刷电路板连接。在又一个实施例中，探针卡还包括柔性薄膜电路，该柔性薄膜电路具有设置在印刷电路板和中介层之间的第一端和设置在空间转换器和中介层之间的第二端。在可选的实施例中，柔性薄膜电路具有设置在空间转换器和中介层之间的第一端；和形成在印刷电路板的顶表面上的第二端。在本实施例中，印刷电路板包括柔性薄膜电路穿过的通孔。在又一个实施例中，为了平行地进行多个器件测试，探针卡还包括多个针，将这些针配置成与半导体晶圆的多个管芯的接合焊盘对齐。
本发明也提供了用于晶圆级测试的探针卡的另一个实施例。探针卡包括空间转换器，该空间转换器中置入了电源线、接地线和信号线，其中空间转换器包括具有第一间距的第一表面和具有第二间距的第二表面，第二间距基本上小于第一间距；接近空间转换器的第一表面配置的印刷电路板；和设置在空间转换器的第一表面上的第一电源层，该电源层被图案化以使电源线和接地线与印刷电路板连接；和设置在印刷电路板的表面上的第二电源层，该电源层被图案化以使电源线和接地线与印刷电路板连接，并且与第一电源层接合。
在一个实施例中，探针卡还包括焊球，将该焊球配置成使信号线与印刷电路板连接。在另一个实施例中，探针卡还包括设置在空间转换器和印刷电路板之间的中介层，并且该中介层使空间转换器的电源线和接地线与印刷电路板连接。在进一步深化的实施例中，探针卡还包括柔性薄膜电路，该柔性薄膜电路具有设置在印刷电路板和中介层之间的第一端；和设置在空间转换器和中介层之间的第二端。
本发明也提供了晶圆测试系统的实施例。晶圆测试系统包括被设计用于测试晶圆的探针卡。探针卡包括空间转换器，该空间转换器中置入了电源线、接地线和信号线，其中空间转换器包括各种导线，这些导线在第一表面上具有第一间距而且在第二表面上具有第二间距，第二间距基本上第一间距；接近空间转换器的第一表面配置的印刷电路板；和设置在空间转换器的第一表面上的第一电源层，该电源层被图案化以使电源线和接地线与印刷电路板连接；晶圆测试系统还包括被设计用于固定将要测试的晶圆和控制晶圆测试的探针卡的测试检测器；和通过连接电缆与探针卡连接的测试仪。
在一个实施例中，探针卡还包括形成在印刷电路板上并且与第一电源层连接的第二电源层。在另一个实施例中，探针卡还包括形成在空间转换器上并且与空间转换器的电源线和接地线连接的高频匹配电路。在又一个实施例中，探针卡还包括设置在空间转换器和印刷电路板之间的中介层，该中介层使空间转换器的电源线和接地线与印刷电路板连接。在又一个实施例中，探针卡还包括柔性薄膜电路，该柔性薄膜电路具有设置在印刷电路板和中介层之间的第一端和设置在空间转换器和中介层之间的第二端。在可选的实施例中，探针卡还包括柔性薄膜电路，该柔性薄膜电路具有设置在空间转换器和中介层之间的第一端和形成在印刷电路板的顶表面上的第二端。
上面论述了若干实施例的部件，使得本领域普通技术人员可以更好地理解以下的详细描述。本领域普通技术人员应该理解，可以很容易地使用本发明作为基础来设计或更改其他用于达到与这里所介绍实施例相同的目的和/或实现相同优点的处理和结构。本领域普通技术人员也应该意识到，这种等效构造并不背离本发明的精神和范围，并且在不背离本发明的精神和范围的情况下，可以进行多种变化、替换以及改变。

Claims (10)

1.一种用于晶圆级测试的探针卡，包括：
空间转换器，所述空间转换器中置入电源线，接地线，和信号线，其中所述间隔变压器包括多条导线，所述导线具有在第一表面上的第一间距和在第二表面上的第二间距，所述第二间距基本上小于所述第一间距；
印刷电路板，将所述印刷电路板接近所述空间转换器的所述第一表面配置；以及
电源层，所述电源层设置在所述空间转换器的所述第一表面上，并且将所述电源层图案化，使所述空间转换器的所述电源线和所述接地线与所述印刷电路板连接。
2.根据权利要求1所述的探针卡，其中所述电源层包括铜箔。
3.根据权利要求1所述的探针卡，还包括被配置成使所述空间转换器的所述信号线与所述印刷电路板连接的焊球。
4.根据权利要求1所述的探针卡，还包括设置在所述印刷电路板上的额外的电源层，将所述额外的电源层图案化，使所述额外的电源层与所述空间转换器的所述电源线和所述接地线连接。
5.根据权利要求1所述的探针卡，还包括形成在所述空间转换器上并且与所述空间转换器的所述电源线和所述接地线连接的高频匹配电路。
6.根据权利要求1所述的探针卡，还包括设置在所述空间转换器和所述印刷电路板之间的中介层，所述中介层用于将所述空间转换器的所述电源线和所述接地线与所述印刷电路板连接。
7.根据权利要求6所述的探针卡，还包括柔性薄膜电路，所述柔性薄膜电路具有：设置在所述印刷电路板和所述中介层之间的第一端；和设置在所述空间转换器和所述中介层之间的第二端。
8.根据权利要求6所述的探针卡，还包括柔性薄膜电路，所述柔性薄膜电路具有：设置在所述空间转换器和所述中介层之间的第一端；和设置在所述印刷电路板的顶表面上的第二端。
9.一种用于晶圆级测试的探针卡，包括：
空间转换器，所述空间转换器中置入了电源线，接地线，和信号线，其中所述间隔变压器包括具有第一间距的第一表面和具有第二间距的第二表面，所述第二间距基本上小于所述第一间距；
印刷电路板，所述印刷电路板配置为接近所述空间转换器的所述第一表面；以及
第一电源层，所述第一电源层设置在所述空间转换器的所述第一表面上，并且图案化所述第一电源层，使所述电源线和所述接地线与所述印刷电路板连接；以及
第二电源层，所述第二电源层设置在所述印刷电路板的表面上并且被图案化，使所述空间转换器的所述电源线和所述接地线与所述印刷电路板连接，其中所述第二电源层与所述第一电源层接合。
10.一种晶圆测试系统，包括：
被设计用于测试晶圆的探针卡，所述探针卡包括：
其内置入了电源线、接地线、和信号线的空间转换器，其中所述空间转换器包括多条导线，所述导线具有在第一表面上的第一间距和在第二表面上的第二间距，所述第二间距基本上小于所述第一间距，
配置在接近所述空间转换器的所述第一表面的印刷电路板；和
设置在所述空间转换器的所述第一表面上的第一电源层，所述第一电源层被图案化，使所述电源线和所述接地线与所述印刷电路板连接；
晶圆检测器，所述晶圆检测器设计成在晶圆测试过程中固定待测试的晶圆和控制所述探针卡；和
通过连接电缆与所述探针卡连接的测试仪。
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